Capitolul]INTRODUCERE iN STUDIUL

CHIMIEI ORGANICEScurt istoric

Insemnarile despre atelierele de tabacit pielea ~i de fabricare aberii Tn Egiptul antic (vezi fig. 1.1), despre folosirea unor produseminerale, vegetale ~i animale Tnca de acum cinci mii de aniconsemnate Tn prima farmacopee chineza, precum ~i desprefolosirea de catre fenicieni a purpurii extras a din molu~te marine(vezi fig. 1.2) pentru vopsirea panzei ~i a stofelor, reprezinta repereTn evolutia speciei umane ~i unele dintre primele informatiireferitoare la preocupari legate de chimia organica.

La sfar~itul secolului al XVIII-lea au aparut primele clasificariale substantelor cele provenite din regnul vegetal §i animal aufost numite sUbstante organice (prin analogie cu faptul ca suntprod use de organisme vii), iar cele din regnul mineral au fostnumite substante minera/e sau anorganice (fara viata).

Termenul de chimie organica a fost introdus Tnanul 1808 deJ.J. Berzelius care II asocia cu faptul ca toate substanteleorganice sunt produse de organisme vii ~i au la randul lor 0 fortavita/a. Teoria for{ei vitale avea sa fie infirmata Tn 1828 de FWohler, cel care a obtinut pentru prima· oara in laborator, prinsinteza, un campus organic: ureea.

F Wohler a observat ca prin actiunea c10rurii de amoniu,NH4CI asupra cianatului de argint, AgNCO se formeaza cianat de

amoniu, NH4 +NCO- ~i c10rura de argint, AgCI:AgNCO + NH4C1 --. NH4NCO + AgCI ;

tOeNH4NCO --. (NH2)2CO ;

ureeAnaliza reziduului alb cristalin format prin transformarea la

cald a cianatului de amoniu a aratat ca substanta obtinuta Tnlaborator este ureea, conipusul organic existent Tnurina ~i studiati tens la acea vreme.

Chimia organica este chimia hidrocarburilor (compu$iformati doar din carbon $i hidrogen) $i a derivatilor acestora.

Aparitia $i dezvo/tarea chimiei organice in Romania esteegata de lucrarile lui Petru Poni (1841-1925) referitoare la studiuletrolului romanesc, ale lui Constantin Istrati (1850-1918) ~i L.

=deleanu despre chimia compu~ilor aromatici, ale lui Costin D.• enitescu (1902-1970), Tntemeietorul $colii romane~ti de Chimie

ganica, care a avut contributii remarcabile Tn domeniuli rocarburilor, al compu~ilor heterociclici, al compu~ilor naturali,

• ecum ~i Tnelucidarea unor mecanisme de reactie.

Fig. 1. 1. Fresca din piramidadin Egiptul Antic.

Fig. 1. 2. Melcul de purpuradin care se extrage purpura.

H2N - C- NH2IIo

uree

F. Wohler(1800 - 1882).

Fig. 1. 3. Reprezentarea prinsfere a principalelor elemente

organogene.

I I I I I I I I I I-c-c-c-c-c-c-c-c-c-c-I I I I I I I I I I

b.

Fig. 1.4. Lanturi sau catenede atomi de carbon:

a. lant; b. catena.

Chimia organica are ca obiect: sinteza de compu9i organici,stabilirea structurii acestora, studierea proprieta,tilor lor fizice 9ichimice 9i e/ucidarea mecanisme/or prin care se produc reactiile

. chimice la care participa compu9ii organici.

Compu9ii organici pot avea In molecula lor nu numai atomi decarbon 9i hidrogen, care sunt elementele principale, ci 9i atomi deoxigen, 0, azot, N, halogeni (F, CI, Sr, I), sulf, S, fosfor, P 9i Inunele cazuri atomi si ioni metalici.,

Toate aceste elemente, care se regasesc In, compu9iiorganici, sunt numite e/emente organogene, adica cele carefor'!1eaza compu~ii organici.

In fig. 1. 3. sunt reprezentati atomii elementelor organogene prinsfere diferit colorate, a9a cum apar In figurile prin care aratam (prinmodele deschise 9i compacte) imaginile moleculelor compu9ilororganici despre care vei Invata In c1asa a X-a la chimie.

LEGATURI CHIMICE.CATENE DE ATOMI DE CARBON

Tncompozitia oricarui compus organic exista cel putin un atomde carbon. Tn anul 1858 Keku/e a stabilit ca atomu/ de carboneste tetravalent, adica are In top compu~ii sai valen,ta 4 (exceptiemonoxidul de carbon, CO) 9i formeaza legMuri covalente.

Carbonul, 6C are configuratia electronica: 1S2 2s2 2p2.Structura electronica a carbonului se scrie, folosind simboluriLewis: . C· fiecare punct simbolizand un electron de valenta.. '

Pentru a-9i stabili configura,tia stabila de octet, se poate consideraca un atom de carbon, C pune In comun cei 4 electroni de valen,taai sai, cu electroni din ultimul strat ai altor atomi de carbon sau aialtor elemente; se formeaza perechi de electroni care apartinambilor atomi, Intre care se stabilesc astfel /egaturi cova/ente.

Tn anul 1858 Couper a aratat ca atomii de carbon aucapacitatea de a se lega unii cu a/,tii, asemeni zalelor unui lant 9ide a forma lan,turi de atomi de carbon, numite catene (vezi fig.1.4.). Pentru a scrie formulele catenelor de atomi de carbon s-amarcat 0 valen,ta prin trasarea cate unei liniu,te Intre simbolurileatomilor de carbon.

De exemplu:- un atom de carbon 19i formeaza octetul prin punerea In

comun a fiecarui electron de valenta, cu cate un electron de la 4,atomi de hidrogen, H (care 19i asigura astfel configuratia stabilade dublet); se formeaza molecula de metan, CH4:

efA) sau H'S'H sau H-~-H sau CH4:

formula Lewis formula cu liniute formula(-) de valenta restransa

- doi atomi de carbon T~i pun Tn comun cate un electron devalenta, formandu-se 0 legatura C-C, iar ceilalti electroni devalenta rama~i, Ti pun Tn comun cu electronii apartinand unoratomi de hidrogen:

cH~*8)sau H:S:S:H sau H-~-~-H sau CH3-CH3;

formula Lewis formula cu Iini~te formula(-) de valenta restransa

se formeaza molecula de etan, care se poate scrie Tn formarestransa: H3C-CH3 sau CH3-CH3.

Exerciliu~ Scrie catena care se

formeaza prin legarea a 4atomi de C Tntre ei prinlegaturi cr. Leaga valentelelibere ale atomilor de C de

atomi de H. Scrie formulele:Lewis, cu liniute de valenta~i restransa pentrucompusul organic.

••Rezultatele studiilor experimentale au aratat ca legaturile

covalente simple dintre un atom de carbon ?i 4 atomi de hidrogensunt identice ~i sunt orientate in spaliu dupa viirfurile unuitetraedru regulat (fig. 1.5).

Unghiul dintre doua legaturi C-H este de 109°28' (muchiileunui tetraedru regulat fac Tntre ele un unghi de 109°). Aceea~ivaloare are ~i unghiul dintre valentele a doi atomi de carbonlegati prin legatura simpla.

Imaginile formulelor moleculelor care contin catene de atomide C (~i atomi de H) pot fi reprezentate Tn spatiu figurandtetraedre imaginare (vezi fig. 1. 6. a.) sau mult mai simplu,folosind bile pentru atomi ~i tije pentru legaturile dintre ei, Inmodele care respecta valorile unghiurilor dintre valente (vezi fig.1. 6. b.).

Tn mod similar se pot scrie legaturi cavalente simple Intreatomul de carbon ?i al,ti atomi sau grupe de atomi care pot puneIn comun un electron. De exemplu: .

-formarea de legaturi covalente simple, cr Tntre carbon C ~ic1or, CI:

H-C~C1 +3H·, H-C":'CI

I IH

- formarea de legaturi covalente simple, cr Intre atomi de C, 0si H:,

H+3H' I- H-C-O-H ; CH3-OH

IH

Fiecare electron singur (neTmperecheat) se figureaza printr-oliniuta care arata ca atomul are 0 valenta libera., ,

Perechea de electroni pe care 0 mai are un atom, dupa ce~i-a stabilit octetul, se nume~te pereche de electroni

·t(O:)H ; 'C:O:H; -C-O-H• '"....~...........••• I

Fig. 1. 5. Orientarea in spatiu acelor 4 valente ale atomului de

carbon.

Fig. 1. 6. Imaginea unormolecule de:

1 - metan;2 - compus cu catena de 3

atomi de C;a. cu tetraedre;

b. cu bile ~i tije.

Sd ne reamintim!Formarea unei legaturi

covalente intre doi atomi poate fiprivita ca 0 fntrepatrundere aunor orbitali ai acestora.

Legiitura cr se formeaza prinintrepatrunderea (suprapunerea)totala a doi orbitali coaxialifiecare apaI1inand unui atom.

Legiitura 1t se formeaza prinintrepatrunderea (suprapunerea)paI1iala a doi orbitali p paraleli(orientati in aceea~i direqie, dupaaceea~i axa de coordonate). Eanu poate exista decat alaturi delegiitura 1t.

Legdtura dubld dintre doiatomi contine doua legaturichimice:

- 0 legatura (j ~i- 0 legatura 1t formata prin

suprapunerea paI1iala a 2 orbitalip, orientati dupa 0 axaperpendiculara pe cea aorbitalilor implicati in legatura cr;legatura 1t este situata intr-unplan perpendicular pe planul incare se situeazii legatura cr.

Legdtura tripld dintre doiatomi este formata dintr-olegatura (j ~i doua legaturi 1t.

.aromaticeHI

H-C,,::-C'C-HI II

H-C~C/C-HIH

Fig. 1. 7. Clasificarea catenelordupa tipul de legatura C-c.

neparticipanti ~i nu se mai noteaza In scrierea formuleicompusului.Un atom de C poate participa ~i la formarea de legaturi multiple:-Iegaturi dubIe, de exemplu: )C=C( , )C=O ,)C=S :

H H, /, / +4H' I IC::Csau /C=C,; /C=C, - H-C=C-H sau CH2=CH2,

H." ,", +2H' IC::O sau /C=O· /C=O- H-C=O sau. .. ..'

~OHC'H'

-Iegaturi triple, de exemplu: -C=C- , -C=N :·C!!C·sau -C=C- . 'C!!N sau -C=N, '

-C=C- ~ H-C=C-H sau HC=CH .

In tabelul 1. 1. sunt prezentate principalele modalitati descriere a formulelor compu~i1or organici.

Formula Lewis Formule eu Iiniute de Formula de proieetievalenta (de proieetie) restransa

H H H HI I

H:~:~:H H-C-C-H CH3-CH3I I

HH H H

HHHHH H H H H HI I I I I.......... H-C-C-C-C-C-H CH3-CH2-CH2-CH2-CH3H:~:~:~:~:~:H I I I I I

HHHHH H H H H H

Unii atomi de carbon nu folosesc toate cele4 valentele ale lorpentru a forma catene. Valentele care nu fac parte dintr-o catenasunt folosite pen.tru a se combina cu hidrogenul (se formeazahidrocarburi) sau cu alte elemente organogene (se formeaza alteclase de compu~i organici).

Clasificarea catenelor dupa tipul de legaturicare exista intre atomii de carbon

Dupa modul In care se leaga atomii de carbon Intre ei,catenele de atomi de carbon sau catenele hidrocarbonate pot fide tipurile urmatoarele (vezi fig.1.7.):

- catene saturate: Intre atomii de C sunt numai legaturicovalente simple, cr, C-C; ele se gasesc In compu§i organicisaturati;

- catene nesaturate: In catena exista eel putin 0 legatura 1t

Intre doi atomi de C; ele se gasesc In compu§i organici nesaturati;- catene aromatice: catenele de atomii de C formeaza (eel

mai adesea) cicluri (denumite nuclee) de 6 atomi ~i contin atatlegaturi (j cat ~i electroni 1t corespunzatori legaturilor duble; elese gasesc In compu§i aromatici.

Clasificarea catene/or saturate $i nesaturateIntr-o catena atomii de carbon se pot a§eza (vezi fig. 1.8):- la rand, in linie (care este dreapta doar pe hartie, pentru a

nu com plica scrierea, In realitate fiind yorba de 0 Iinie In zig-zag);se formeaza catene Iiniare;

- de 0 parte §i de alta a catenei liniare; se formeaza cateneramificate (asemeni ramurilor unui copac);

- intr-o forma geometrica inchisa: de exemplu patrat,pentagon, sau haxagon; se formeaza catene ciclice; acesteapot avea ~i ele ramificatii.

Tipuri de atomi de carbon din cateneIntr-o catena, atomii de carbon pot fi clasificati dupa njJmarul

legaturilor prin cate se leaga de alti atomi de carbon; astfel,exista:

- atomi de carbon primari - sunt legati covalent de un singuratom de carbon (vezi fig. 1. 9.a);

- atomi de carbon secundari '- sunt legati cu doua covalentede un alt sau de a1ti atorni de carbon (vezi fig. 1. 9.b);

- atomide carbon te'1iari - sunt legati cu trei covalente de altsau de a1ti atomi de carbon (vezi fig. 1. 9.c);

- atomi de carbon cuaternari - atomi de carbon legati cupatru covalente de a1tiatomi de carbon (vezi fig. 1. 9.d).

Exercitiu

,. preciz~aza, completand rubricile tabelului 1.2, tipul fiecaruiadintre atomii de carbon (primari, secundari, tert;iari, -cuaternari)din urmatoarele catene hidrocarbonate:

5CH3

3 21CH2-CH

41 11 6CH2-C-CH3

1c) 7CH3

.4STRUCTURA COMPUSILOR ORGANICI

IiniareCH3-CH2-CH3CH2=CH-CH3

ramificate

CH3-CH-CH3ICH3

CH2=C-CH3ICH3

cicliceH2

H C....C'CH2 I I 2

H2C,C ....CH2

H2

Fig. 1. 8. Clasificarea catenelordupii modul de a~ezare a

atomilor de C.

I Ia. -C-C-

I I

I I Ib.-C-C-C- ~C=C(

I I I

I-C-I I I

c. -C-C-C-I I I

d' C I I. /C= 1-9- -c- c=c--c- I

I

Fig. 1. 9. Tipuri de atomi de Cdin catene:

a. primari; b. secundari;c. tertiari; d. cuaternari.

-c=c-, I

~C=C-C-I I

Notiunea de structura chimica (introdusa pentru prima datade Butlerov In 1861) se refera "Ia natura, numarul ~i felul in caresunt legati atomii dintr-o molecula. Proprietatile fizice §i chimice ' Tabelull.2. Tipul fieciirui atomale unui compus organic depind de structura sa. de C din catenele din exercitiu.

Stabilirea structurii unui compus organic se face parcurgandurmatoarele etape:

- stabilirea' naturii ~i a num~rului de atomi dintr-o molecula seface In urma unor analize calitative (arata care sunt atomii) ~irespectiv cantitative (arata numarul de atomi din fiecare tip deatomi) la care sunt supu~i compu~ii chimici puri;

- stabilirea compozitiei substantei cu ajutorul datelor obtinute.Pe baza compozitiei (de obicei exprimata In procente, %) sededuce formula mo/eculara;

- modul in care atomii sunt aranjati in molecula este redat deformule/e de structura.

Tip atom Catena

deC a) b) c)

primar1,5,6,7,

6,7 5,6,78secundar 3 5 '3,4

ter1iar 4 1,4 2

cuaternar 2 2,3 1

Fig. 1. 10. Instalatie simpHipentru efectuarea

analizei elementale.

Fig. 1. 11. Reprezentareaschematicii a calculiirii

compozitiei in procente a uneisubstante A.

ANALIZA ELEMENTALA A UNEI

SUBSTANTE ORGANICE

Natura atomilor din moleculaPentru a stabili natura atomilor dintr-un compus organic se

aplica metoda arderii descoperita Tn anul 1784 de Lavoisier,urmata de analiza gazelor rezultate din ardere, prin efectuareaunor reac~ii specifice. Tn acest fel se realizeaza analizae/ementala calitativa a substantei.,

Arderea substantei organice se face Tntr-o instalatie simpla, detipul celei din fig. 1.10. (d~ _ce~~ai _~ult~ri TnJ>~e~~a ~~catalizatori si/sau de substante care sa reactioneze cu elementeledin compoz'itia moleculei). Tn'vasul de prindere se introduce apasau 0 solutie care sa reactioneze cu produ~ii de reactie.

Compozilia in procente de masa asubstanlei organice

Tnanul1830 Justus von Liebig a pus la punct metoda analizeie/ementale cantitative folosind, alaturi de ardere, 0 serie de altereactii specifice prin care elementelor organogene din compu~iorganici sunt transformate Tn compu~i care pot fi determinaticantitativ (se determina masa ~i/sau concentratia). Tnacest fel sepoate stabili concentratia procentuala a fiecarui element dinmolecula unui compus organic (cu exceptia oxigenului care secalculeaza ca diferenta pana la 0 suta).

" ExerciliuSe supun analizei elementale 0,30 9 de substanta organica A,prin ardere (combustie) Tn exces de oxigen. In urma reactieirezulta 0,224 L de CO2 ~i 0,17 9 de apa. Stabile~te compozi-tia Tn procente de masa a substantei A.Rezolvare:~tii: Mapa = 18 ~i M CO2= 44 .

• Se calculeaza:masa de C,mc din meo

2:

V mC02nco =-=--2 Vm MC02

m = O,224x44 = 0 44C02 224 ,g,44 9 CO 2 12 9 C0,44 9 me

me = 0,44 ·12 1 44 = 0,12 9 C

~i masa de H, mHdin mH 0:2

18 9 H20 2 9 H0,18 9 mH

mH= 0,18'2/18 = 0,02 9 H.

• Se calculeaza continutul% al fiecarui elementTncantitatea de substanta A:0,30 9 A 0,02 9 H100 9 zz = 0,02'10010,30 = 6,66 % H

0,30 9 A 0,12 9 C100 yy = 0,12'10010,30 = 40,00% C

100 ~ (6,66 + 40,00) = 53,33%0.

Formula bruta arata natura atomilor ~i raportul in care segasesc in molecula, exprimat prin numere intregi.

Formula bruta S8 poate stabili cunoscand compozilia Inprocente de masa a substanlei organ ice ~i masele atom ice aleelementelor care 0 compun.

Exerciliu

,. Un com pus organic conline 85,71% C ~i 14,29% H. Stabile~teformula bruta a acestuia.Rezolvare:Se Imparte fiecare valoare procentuala la masa atomica aelementului corespunzator:

C- 85,71 /12 = 7,14H- 14,29 /1 = 14,29.

Se 1mparte fiecare rezultat la numarul cel mai mic:H : C = 14,29 /7,14 = 2C: C = 7,1417,14 = 1.

Raportul de combinare al atomilor se exprimaprin numere Intregi: C: H = 1 : 2.

Formula bruta este: CH2·

Formula mo/eculara precizeaza felul atomilor din molecula ~inumarul exact al acestora.

Formula moleculara este un multiplu mtreg al formulei brute.Unei formule brute Ii pot corespunde mai multe formule moleculare.

Exercitiu,. Stabile~te care este formula moleculara a compusului organic

A ~tiind ca are formula bruta CHz ~i masa molara 28 g/mol.Rezolvare:Masa molara, M a compu~ilor cu formula moleculara (CHz)neste: M= (12 + 2) n = 14 n.M = 28 => n = 2; formula moleculara a lui A este (CHz}z, adica:CZH4·

Formulele structurale precizeaza (ca element nou In raportcu cele moleculare), modul de legare a atomilor in molecula.

Formula plana:Formula structurala a unei substante chimice. ,se poate scrie In plan In mai multe moduri.

Reprezentarea grafica a formulelor structurale este posibilautilizand: formule Lewis, formule In care se traseaza 0 liniepentru a marca legatura chimica (numite formule de proieclie) ~iformule de proieclie restranse (vezi tabelul 1.1).

s S / "'-,.TTA R Calitativa CantitativABU "'-,. /I C CompozitiaL T substanteiI U 1 '

FormulaRR - brutaE I ~A I Formula

moleculara--lIBFig. 1. 12. Etapele stabilirii

structurii compu~ilor organici.

Fig. 1. 13. Modele spatiale alemoleculei de etan: fotografii

ale modelelor;a. model deschis;

b. model compact.

Fig. 1. 14. Modele spatiale alemoleculei de etan; model:

a. deschis; b. compact.

Fig. 1. 15. Scrierea structuriimoleculelor simple, in spatiu,prin formule de configuratie:a. pentru un atom de carbon;

b. pentru catena Cll 4 atomi de Clegati numai prin legaturi

simple, cr.

Exerciliu,. Completeaza urmatorul tabel:

Formule de proiectie Formule Lewis Formule de proiectierestranse

H H H H H..........H:~:~:~:~:~:H

HHHHH

HI /H

H-C=C-C-C=C'HI IH H

0II

CH3-C-CH2-C=CH

H H H HH:C::C:C:C:C:C::Ni-i oi-ii-i

4Tn scrierea formuletor moleculelor compu~ilor organici se

folosesc frecvent formule de proiectie restranse; ele se vor numiin capitolele urmatoare: formule de structura plana.

Formula spaliala prezinta modul de orientare in spatiu alegaturilor chimice. Poti construi modele spatiale ale moleculelorcompu9i1or organici folosind bile colorate ~i tije, din trusa(vezi fig. 1. 13). Imaginile moleculelor compu~ilor organici desprecare vei invata, sunt prezentate in acest manual, in cuprinsul anumeroase figuri, prin modele deschise ~icompacte (vezi fig. 1.14).

Dupa geometria lor moleculele pot avea formule de structura:Iiniara, ramificata sau ciclica, fiecare dintre ele putand fi saturate,nesaturate sau aromatice.

(Pentru cercul de chimie

Formulele moleculare plane se pot scrie in mod simplificat prinformule condensate simplificate (formule gra(1) care suntrealizate prin linii frante sau modele, in care nu se mai scriusimbolurile pentru C ~i H; de exemplu:

CH3 - CH3 H3C - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

/ ~Pentru structuri de molecule simple, in spatiu, se poate

recurge la formulari ce sugereaza modelul tetraedric al atomuluide carbon (formule de configuratie) unde linia continua (-)reprezinta lantul atomilor de carbon aflat in pianul hartiei, ceapunctata (- - -) reprezinta atomii aflati in spatele acestuia,respectiv legaturile ingro~ate ( ./ ) arata atomii aflati in fataplanului hartiei; de exemplu, (vezi fig. 1. 15).

1 Teoria grafurilor, pe baza formulelor condensate simplificate permite calculareaunor parametrii ai moleculelor: distan,te interatomice, unghiuri de valen,ta, energii delegEitura etc.

oR-C~ R,

'H R/C=O

aldehide cetone\ ~.

compu~1alcooli" carbonilici

f f ~DERIVATI AI HIDROCARBURllOR,

! r'acizi sulfonici

R-S03H

Unei formule moleculare Ii pot corespunde mai multe formulestructurale.

Compu!?ii organici care au In molecula ace/a~i tip !?i ace/a~inumar de atomi, dar In care ace!?tia nu sunt /ega,ti ~i in ace/a~ife/, se numesc izomeri (izo-acela!?i, mer-parte, In limba greaca).

o c1asificare a izomerilor este data In fig. 1.16.

CLASIFICAREA COMPUSILOR ORGANICI,Compul?ii organici includ In structura un numar mic de grupari

de atomi, care Ie determina reactivitatea, fapt ce permiteclasificarea l?icaracterizarea lor mai ul?oara. Acestea sunt numitegrupe functionale. Identificarea grupelor functionale Intr-uncampus chimic permite sa se prevada proprietatile lui chimice.

Grupa func/ionala este un atom sau 0 grupa de atomi careprin prezenfa sa intr-o mo/ecu/a, ii confera acesteia proprietafifizice ~i chimice specifice.

Grupele func,tiona/e pot fi:- omogene: legaturi duble: C=C !?i legaturi triple: C~C;- eterogene: atomi specifici (de exemplu: -CI, -Sr, -I), grupe de

atomi (de exemplu: -OH, -COOH) sau ioni organici.C/asificarea compu~ilor organici se face In functie de grupele

functionale pe care Ie contin In molecula. Din punct de vedere alcompozitiei lor, compu!?ii organici se Impart In hidrocarburi !?ide~vafi funcfionali ai acestora.

In fig. 1.17 sunt date dHeva dintre grupele functionale pe careIe vei Intalni In compu!?i organici ce vor fi studiati In clasa a X-a.

saturateH HI I

. H-C-C-HI IH H

R-X(X =-F, -CI, -Sr, -I)

compu~ihalogenati

~

"lamineR-NH2

a.~

~~ De catena 1 jo De pozitieME De functiuneRI

Fig. 1. 16. Izomeri.a. Clasificarea izomerilor;b. Exemple de izomeri de

functiune: formulei moleculareC2H60 Ii corespund 2 izomeride funetiune: l-alcool; 2-eter.

Fig. 1. 17. Clasificarea compu~ilor organici ~i cateva exemple de grope functionale(R- radical de hidrocarburii).

I I-c-c-I I

Fig. 1. 18. Dependentadistantei dintre doi atomi de Cde tipul de legatura dintre ei.

Pentru cercul de chimie

Legaturile chimice pot fi intelese u~or dad te bazezi pe cuno~tinteledespre forte pe care Ie ai din studiul fizicii.

Legatura chimica este 0 !or!a - un vector - care se stabile~te intreatomi sau grupuri de atomi pe care Ii mentine impreuna ~i ii determinasa functioneze ca 0 unitate cu stabilitate mare, astfel indit sa fieconsiderata 0 specie independenta - 0 moIecuIa.

In acceptia cea mai simpla a unei legaturi ~tre doi atomi A ~i B, ceidoi electroni 1e valenta sunt atra~i cu 0 forta Fl de nucleul atomului A~i cu 0 forta F2 de nucleul atomului B.-+ Dac~ A este cu mult mai electronegativ dedit B atunciIFll»1 F21 ~i B cedeaza un electron lui A devenind ion pozitiv (B+) iarA un ion ~gativ (A-). Legatura A:- B+ a fost ~numita eIectrovaIenta.

Daca I Fl I este comparabila ca marime cu IF2 Ilegatura form-l'ta ~eIegatura covalenta (se pun electroni in comun). Atunci dind I Fll=IF21l~atura-!ste nepolara (frecvent in cazullegaturilor omogene) iar dindIFli oF IF21, legatura covalenta este polara (frecvent in cazullegaturiloreterogene), molecula se comportii ca un dipol.

Legatura chimica covalenta, fiind 0 forta, poseda toate atributeleunui vector:

- actioneaza pe 0 dreapta suport, motiv pentru care Iegaturilechimice sunt orientate in spatiu (vezi formulele spatiale ~i modelultetraedric al atomului de carbon). Valentele fac intre ele unghiuri;

- legaturile chimice difera ca intensitate (prin modulul vectorului).Astfel legatura simpla, cr este mai stabila dedit legatura dubla (cr+n)care este mai slaM dedit legatura tripla (cr+2n).

Forte de atractie mari determina distante mici intre atomi, iar fortele deatractie mici determina distante mai marl. Astfel, lungimea legaturii scade inseria: Ie atura tri Iii < Ie atura dubIii < Iegatura sim Iii (vezi fig. 1. 18).

D Elemente organogene, cele care formeaza compu§ii organicisunt: C, H, 0, N, halogeni, S, P ~i in proportie mica metale.

D Atomul de carbon este tetravalent ~i formeaza legaturicovalente: simple, duble ~i triple.

D Atomii de carbon au capacitate a de a se lega unii cu a1tii~ide a forma lanturi de atomi de carbon, numite catene.

D Catenele de atomi de carbon sau catenele hidrocarbonatepot fi: saturate, nesaturate sau aromatice, precum ~i liniare,ramificate sau ciclice.

D Intr-o catena, atomii de carbon pot fi: primari, secundariter1;iarisau cuaternari.

D Notiunea de structura chimica se refera la natura,numarul ~i felu/ln care sunt /egati atomii dintr-o mo/ecu/a.

D Stabilirea structurii unui compus organic se faceparcurgand urmatoarele etape: analiza elementala, deducereaformulei brute ~i apoi a formulei moleculare; modul in care atomiisunt aranjati in molecula este redat de formulele de structura.

D Clasificarea compu§i/or organici se face in functie degrupele functionale pe care Ie contin In molecula. Din punct devedere al compozitiei lor, compu~ii organici se impart Inhidrocarburi ~i derivati functionali ai acestora.

1. ° cantitate de 2,1 9 de substanla organica A s-a supusanalizei elementale, oblinandu-se 4,4 9 de CO2 ~i 0,9 9 de H20.Determina formulele procentuala, bruta ~i moleculara alesubstantei necunoscute A, stiind ca substanta A are masa molara, , ,egala cu 84 g/mol.

Rezolvare:Calculeaza masele de: carbon din dioxidul de carbon si,

hidrogen din apa, oblinute in urma analizei elementale.44 9 CO2 •••.••.••. ·•·· .•.• ·12 9 C 18 9 H20 2 9 H4,4 9 CO2 •.. • •...•. • •. • •.•.•. x 9 C 0,9 9 H20 y 9 Hx = 1,2 9 C; Y = 0,1 9 H.

Daca in urma analizei elementale s-au oblinut doar CO2 ~iH20 iar suma maselor de carbon ~i hidrogen nu este egala cumasa substanlei supusa analizei, diferenla se atribuie princonvenlie oxigenului existent in substanla analizata:

2,1 - ( 1,2 + 0,1 ) = 0,8 9 0.Calculeaza formula procentuala a substanlei A:2,1 9 substanla 1,2 9 C 0,1 9 H 0,8 9 °100 9 substanla a 9 C b 9 H c gOa = 57,14% C; b = 4,76% H; c=38,10%0.Pentru determinarea formulei brute: se imparte fiecare valoare

procentuala oblinuta la masa atomica a elementului corespunzator~iapoi se impart rezultatele la cel mai mic dintre ele. Aceste ultimerezultate sunt indicii formulei brute.

57,14C: 12 = 4,76

4,76H: 1 = 4,76 : 2,38;

38,100: --=2,38

16Formula moleculara a substanlei A este (C2H20)n'

Determinarea valorii lui n se realizeaza folsind valoarea maseimolare a substanlei A.M = 42 n; 42 n = 84; n = 2; A are formula moleculara C4H402•

2. ° substanla organica necunoscuta are raportul masicC:H:N = 6:2:7 ~i masa molara egala cu 60. Determina formulamolara a substanlei necunoscute.

Rezolvare:Calculeaza masa fiecarui element organogen conlinut intr-un

mol de substanta necunoscuta:,15 9 substanla 6 9 C 2 9 H 7 9 N60 9 substanla a 9 C b 9 H c 9 Na = 24 9 C; b = 8 9 H; c = 28 9 N.Stabile~te numarul atomilor din fiecare element organogen

continut intr-o molecula de substanta necunoscuta:24' . 8 ' 28

"""12 = 2 atoml C; -1- = 8 atomi H; 14 = 2 atomi N.

Formula moleculara a substanlei este: C2HaN2.

C:H:O = 2:2:1formula bruta a substantei A,este: C2H20.

EXERCITII 51 PROBLEME1 1

" 1. Determina formulele brute ale substantelorcare au rapoartele de masa:a) C:H:O = 18:3:8;b) C:H:N = 18:5:14;c) C:H = 6:1.

" 2. Prin arderea a 3,12 9 de substanta organica~ ,av€md masa molara 104 g/mQ.Lse obtin 3,36 dm3

CO2 9i 3240~ t'i20. Determina formulamoleculara a stJes1antei organice. 9tiind ca instructura substantei se gasesc numai legaturisimple, scrie 0 formula de structura posibilapentru aceasta substanta.3. Prin arderea a 1,68 9 de hidrocarbura se obtin2,688 dm3 CO2, 9tiind ca densitatea vaporilor saifata de aer este 2,91 determina formulamoleculara a hidrocarburii.

\ 4*. La analiza a 1,18 9 de substanta organicas-au obtinut: 1,344 dm3 CO2, 2,016 L H20 9i 224

cm3 N2 (toate volumele au fost masurate inconditii normale). Determina formula molecularaa substantei organice, 9tiind ca densitateavaporilor sai fata de azot este 2,1.

*5 . °substanta organica formata din C, H 9i CI cumasa molara 127 g/mol este supusa analizei. Din1,27 9 de sUbstanta s-au obtinut 2,87 9 de AgCI9i 1,76 9 de CO2, Determina formula molecularaa substantei' si scrie 0 formula' de structura, ,posibila 9tiind ca nu contine in molecula decatlegaturi cr.

~ 6*. in urma descompunerii termice a 4,38 9 desubstC!nta organica cu masa molara 146 g/molse obtin 2,016 dm3 CO, 3,36 dm3 CO2 9i 4,86 9H20. Determina formula moleculara a sUbstantei.

7*. in conditii normale 1 dm3 dintr-o hidrocarburagazoasa c~ntare9te 2,5 g. in urma arderii a 0,2moli din aceea9i hidrocarbura se degaja 35,2 9CO2, Determina formula moleculara ahidrocarburii 9i scrie 0 formula de structura, 9tiindca ea contine 0 legatura n.8. Se da urmatoarea formula de structura a uneihidrocarburi: CH3

ICHz CH3I I

CH3-CHz- CH -C-CHz-CH3ICH3

Precizeaza tipul catenei (saturata sau nesa-turata) 9i tipul atomilor de carbon (primari,secundari, terliari saucuaternari).

I. Scrie cuvantul / cuvintele dintre parantezecare completeaza corect fiecare dintre afirma-tiile date:

1. Sinteza a fost prima sinteza organica.(ureei / metanului)

2. Elementele care intra in compozitiacompu9ilor organici se numesc elemente............ (organogene / organometalice)

3. Orice com pus organic contine in molecula luiobligatoriu (carbon / oxigen)

4. Clorul participa la 0 legatura n. (poate /nu poate)

II. Precizeaza tipul catenei 9i natura atomilor decarbon din urmatoarele catene de atomi de carbon:

I-C-I-C=C-C-I

)C-C-I' I

I I I I-C-C-G-C-I I I I-C-C-

I I

III. Determina formula moleculara a uneisubstante organice care are raportul de masaC:H:O = 6:1:8 9i masa molara 60 g/mol.

2 puncte

IV. Se ard 1,44 9 de sUbstanta organica (aredensitatea vaporilor fata de aer egala cu 2,49).9tiind ca se obtin 1,792 dm3 CO2 9i 1,44 9 deH20 se cere:

. a) determina formulele procentuala, bruta 9imoleculara ale substantei organice supusaarderii.

3 x 1 punct = 3 puncteb) Scrie 0 formula de structura posibila pentru 'sUbstanta organica'determinata la punctul a),9tiind ca atomul de oxigen participa la singuralegatura n din molecula.

Timp de lucru: 50 minute.,1 punct din oficiu.